CN106121850B - 内燃机的活塞 - Google Patents

Abstract

提供一种能提高活塞与缸膛内壁的润滑性的内燃机的活塞。裙部(10、11)具有中央裙部37，上述中央裙部37在活塞冠9的中心轴(C)方向上的中央部具有最大外径，裙部(10、11)的曲率在圆周方向随着从其圆周方向中央部(10c、11c)往侧壁部(12、13)而变大。在设于裙部(10、11)的树脂覆膜层(39)中形成有多个保持油的凹部(41)，凹部(41)包括大圆部(41A)和从两侧夹着大圆部(41A)而从大圆部(41A)突出地配置的、面积比大圆部(41A)小的一对小圆部(41B、41C)。

Description

内燃机的活塞

技术领域

本发明涉及内燃机的活塞，特别涉及具有隔着树脂覆膜层相对 于缸膛内壁进行滑动的裙部的内燃机的活塞。

背景技术

以往，设置为相对于内燃机的缸膛内壁自由往复运动的活塞例 如已知专利文献1记载的活塞。该活塞具备：从活塞主体垂下的一 对裙部；将一对裙部相互连结的一对侧壁部；以及设于一对侧壁部 而保持活塞销的一对活塞销座部。

考虑到热膨胀的影响，裙部形成为以活塞的中心轴方向中央部 为最大外径的桶状。在裙部的表面形成有树脂覆膜层。在树脂覆膜 层的整个表面按规定的间隔排列有储存油的凹部，在凹部中保持油 从而减少活塞的滑动阻力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：专利第4749398号公报

发明内容

发明要解决的问题

在这种现有的内燃机的活塞中，裙部形成为桶形状，活塞主体 的中心轴方向上的中央部具有最大外径的部位与缸膛的间隙小，活 塞的中心轴方向上相对于中央部的上部和下部与缸膛内壁的间隙 大。

因此，在活塞的往复运动时由活塞销负担燃烧压力的一部分之 后，在裙部与缸膛内壁接触时在裙部的表面会产生面压高的部位和 低的部位。

当在面压高的部位形成凹部时，根据凹部的深度的量，油被封 入凹部，由此不能对缸膛内壁之间充分地提供油，有可能发生润滑 不良。

特别是在裙部与缸膛内壁的间隙小的部位，进入裙部与缸膛内 壁之间的油的量少。

另外，在裙部与缸膛内壁的接触面压高的部位，将油从裙部与 缸膛内壁之间挤出到外侧的力极大地起作用，因此油的量会更少。

其结果是，有可能无法充分进行裙部与缸膛内壁的润滑，会导 致裙部与缸膛内壁的摩擦力增大，有可能导致燃料效率恶化。

本发明是着眼于上述问题而完成的，其目的在于提供能提高活 塞与缸膛内壁的润滑性的内燃机的活塞。

用于解决问题的方案

本发明是一种内燃机的活塞，具备：活塞主体，其设置为相对 于缸膛内壁自由往复运动；一对裙部，其从活塞主体垂下；一对活 塞销座部，其保持活塞销；一对侧壁部，其与一对裙部相互连接； 以及树脂覆膜层，其设于与缸膛内壁相对的面，裙部具有：中央裙 部，其在活塞主体的中心轴方向上的中央部具有最大外径；上部裙 部，其在中央裙部的上部边界上方发生弯曲，其外径从上部边界起 向中心轴逐渐变小；以及下部裙部，其在中央裙部的下部边界下方 发生弯曲，其外径从下部边界起向中心轴逐渐变小，裙部形成为从 裙部的圆周方向的中央部越朝向与侧壁部的连接部在圆周方向上 的曲率变得越大，上述内燃机的活塞的特征在于，上述树脂覆膜层 中形成有保持油的多个凹部，该凹部的外缘是树脂覆膜层，该凹部 的底部是未形成树脂覆膜层的非膜部位，凹部包括大圆部和一对小 圆部，该一对小圆部从两侧夹着大圆部且突出于大圆部，该小圆部 的面积比大圆部的面积小。

发明效果

根据上述本发明，能提高活塞与缸膛内壁的润滑性。

附图说明

图1是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是内燃 机的主要部位构成图。

图2是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是示出 活塞和缸膛的图。

图3是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是从车 辆的后方看活塞的图。

图4是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是从车 辆的下方看活塞的图。

图5是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是图3 的IV-IV方向的向视截面图。

图6是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是示出 活塞与活塞的裙部的曲面的位置关系的图。

图7是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是凹部 的构成图。

图8是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是示出 裙部和裙部到缸膛内壁的间隙的位置关系的图。

图9是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是示出 活塞与施加到活塞的裙部的面压的位置关系的图。

图10是示出本发明的内燃机的活塞的第1和第2实施方式的图， 是示出将凹部设为纵长排列的情况和设为横长排列的情况下动压 的大小的图。

图11是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是示 出大圆部的半径和将大圆部的中心及小圆部的中心相连的距离与 油的膜厚的关系的图。

图12是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是示 出具有圆形凹槽的活塞和具有凹部的活塞中，裙部和缸膛内壁的摩 擦力与发动机转速的图。

图13是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是示 出具有形成有横长排列的凹部的树脂覆膜层的活塞的图。

图14是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是成 横长排列的凹部的构成图。

图15是示出本发明的内燃机的活塞的第1实施方式的图，是示 出具有形成有纵长排列的凹部和横长排列的凹部的树脂覆膜层的 活塞的图。

图16是示出本发明的内燃机的活塞的第2实施方式的图，是示 出具有形成有纵长排列的凹部和纵槽的树脂覆膜层的活塞的图。

图17是示出本发明的内燃机的活塞的第2实施方式的图，是示 出裙部到缸膛内壁的间隙与凹部及纵槽的位置关系的图。

图18是示出本发明的内燃机的活塞的第2实施方式的图，是示 出活塞上升的情况下的油的流动的图。

图19是示出本发明的内燃机的活塞的第2实施方式的图，是示 出活塞下降的情况下的油的流动的图。

图20是示出本发明的内燃机的活塞的其它实施方式的图，是示 出形成有与第1、2的实施方式的凹部不同形状的凹部的树脂覆膜层 的图。

图21是示出本发明的内燃机的活塞的其它实施方式的图，是示 出形成有与第1、2的实施方式的凹部不同形状的凹部的树脂覆膜层 的图。

图22是示出本发明的内燃机的活塞的其它实施方式的图，是示 出形成有与第1、2的实施方式的凹部不同形状的凹部的树脂覆膜层 的图。

图23是示出本发明的内燃机的活塞的其它实施方式的图，是示 出形成有与第1、2的实施方式的凹部不同形状的凹部的树脂覆膜层 的图。

附图标记说明：

1：发动机(内燃机)，6：缸膛，6a：内壁，7：活塞，8：连 杆，8A：小径部，9：活塞冠(活塞主体)，10、11：裙部，10a、 11a：左侧(裙部的圆周方向的一侧)，10b、11b：右侧(裙部的圆周方向的另一侧)，10c：圆周方向中央部，12、13：侧壁部，14、 15：活塞销座部，16：活塞销，36：上部裙部，37：中央裙部，37a： 上部边界，37b：下部边界，38：下部裙部，39：树脂覆膜层，41、 42、61、62：凹部，41A、42A：大圆部(大面积部)，41B、41C、 42B、42C：小圆部(小面积部)，61A、62A：大面积部、61B、62B、 61C、62C：小面积部，C：中心轴(活塞主体的中心轴)，C1：中心轴(活塞销的中心轴)。

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的内燃机的活塞的实施方式。

(第1实施方式)

图1～图15是示出本发明的第1实施方式的内燃机的活塞的图。 此外，图1～图9、图13～图15中所示的左右前后方向的箭头表示从 驾驶席看去的车辆的左右前后方向。

首先，说明构成。

在图1中，作为搭载于车辆的内燃机的发动机1包括：一体地设 于曲轴箱2的气缸体3；以及装配在气缸体3的上部的气缸盖4。

在气缸体3的缸膛6内收纳有活塞7，活塞7例如由铝合金等构 成。活塞7相对于缸膛6在上下方向上往复运动。

活塞7通过连杆8与曲轴5连结，活塞7的往复运动通过连杆8变 换为曲轴5的旋转运动。

在此，缸膛6与气缸数相应地设于发动机1，如果是4缸，就在 发动机1中设有4个缸膛6。在本实施方式中示出了4缸发动机，但是 气缸数不限于4缸。另外，发动机1也可以包括汽油发动机、柴油发 动机等发动机，不限定于此。

在图2中，活塞7具有：设为可相对于缸膛6的内壁6a自由往复 运动的活塞冠9(参照图3、图4)；以及从活塞冠9垂下的一对裙部 10、11。在此，本实施方式的活塞冠9构成本发明的活塞主体。

活塞7具有：与裙部10、11各自的左侧10a、11a和右侧10b、11b 连接的一对侧壁部12、13；以及一对活塞销座部14、15，其设于一 对侧壁部12、13，保持活塞销16(参照图1)并使其旋转自如。

活塞销16由圆筒的销构成，活塞销16的中心轴C1(参照图3) 在与活塞冠9的中心轴C正交的方向上延伸。

在此，本实施方式的裙部10、11的左侧10a、11a构成本发明的 裙部的圆周方向的一侧，裙部10、11的右侧10b、11b构成本发明的 裙部的圆周方向的另一侧。另外，左侧10a、11a和右侧10b、11b是 从裙部10、11的右端或者左端起在圆周方向上具有一定宽度的部位。

活塞销座部14、15具有供活塞销16插入的活塞销装载孔14A、 15A，活塞销16以插入到活塞销装载孔14A、15A的状态被活塞销座 部14、15支撑。

在图1中，活塞销16连接着连杆8的小径部8A，连杆8的大径部 8B与曲轴5连结。由此，活塞7的往复运动通过连杆8变换为曲轴5 的旋转运动。

在气缸盖4中形成有吸气口21，从吸气口21吸入的空气被导入 形成于活塞7上方的缸膛6的燃烧室18。

在气缸盖4中形成有排气口22，在燃烧室18中燃烧后的废气从 排气口22排出。

在气缸盖4中设有：具有吸气凸轮23A的吸气凸轮轴23；具有 排气凸轮24A的排气凸轮轴24；利用吸气凸轮23A将吸气口21与燃 烧室18连通或者隔断的吸气阀25；以及利用排气凸轮24A将吸气口 21与燃烧室18连通或者隔断的排气阀26。

在图2、图3中，在活塞冠9的外周部，从活塞冠9的上方起按顺 序形成有第1压缩环槽31、第2压缩环槽32和油环槽33。

在第1压缩环槽31和第2压缩环槽32中分别嵌合有未图示的环 状的第1压缩环和第2压缩环，在油环槽33中嵌合有作为活塞环的未 图示的环状的油环。

第1压缩环槽31和第2压缩环槽32具有与缸膛6的内壁6a接触从 而封闭燃烧室18的功能。油环具有随着活塞7的往复运动而与缸膛6 的内壁6a接触从而将附着于缸膛6的内壁6a的油刮下的功能。

另外，在油环槽33的底部形成有多个回油孔34，回油孔34形成 于活塞冠9的推进侧和反推侧，从油环槽33的底部向活塞7的活塞冠 9的内周面开口。

在此，推进侧是以下的活塞7的面：在活塞7于缸膛6内下降的 行程中利用曲轴5的旋转力使与曲轴5的轴线方向正交的方向上的 推进力作用于缸膛6的内壁6a。

反推侧是以下的活塞7的面：在活塞7于缸膛6内上升的行程中 使与推进力相反方向的推进力作用于缸膛6的内壁6a。

从设于连杆8的大径部8B的油喷射孔8a(参照图1)将油提供 到活塞7与缸膛6之间。由此，如图2所示，在活塞7与缸膛6的内壁 6a之间形成油35。

因此，用油35来冷却活塞7，并且对活塞7的外周部与缸膛6的 内壁6a之间进行润滑。此外，油导入构件没有特别限定为油喷射孔 8a。

在曲轴箱2的下部设有未图示的油底壳，缸膛6与油底壳连通。 因此，当随着活塞7在缸膛6内按上下方向往复运动，嵌合于油环槽 33的油环将附着于缸膛6的内壁6a的油刮下时，该油从油环槽33通 过回油孔34排出到活塞冠9的内周面，通过裙部10、11之间返回油底壳。

裙部10、11具有在活塞7往复运动时与推进侧或者反推侧接触 从而抑制活塞7的摆动动作的功能。

如图3所示，裙部10具备与活塞冠9的中心轴C平行地延伸的长 边和在与活塞冠9的中心轴C垂直的方向上延伸的短边。此外，裙部 11也与裙部10同样地具备长边和短边。

在图5、图6中，裙部10、11具有活塞冠9的中心轴C方向上的 中央部为最大外径的中央裙部37，中央裙部37形成为与活塞冠9的 中心轴C平行的平面。在此，活塞冠9的中心轴C处于与裙部10、11 的中心轴相同的轴上。

裙部10、11具有位于中央裙部37的上部边界37a的上方的上部 裙部36，上部裙部36在上部边界37a的上方发生弯曲，使外径从上 部边界37a起向活塞冠9的中心轴C逐渐变小。

此外，在活塞冠9的中心轴C方向上，上部边界37a形成于裙部 10、11，位于活塞销16的中心轴C1的下方位置。

裙部10、11具有位于中央裙部37的下部边界37b的下方的下部 裙部38，下部裙部38在上部边界37a的下方发生弯曲，使外径从上 部边界37a起向活塞冠9的中心轴C逐渐变小。这样，裙部10、11形 成为桶状。

此外，在图5、图6中，为了便于说明而将裙部10、11描绘为极 端地弯曲，但是裙部10、11实际上当然不会这样极端地弯曲。

在图4中，裙部10、11形成为圆周方向上的曲率随着从圆周方 向中央部10c、11c往与侧壁部12、13的连接部，即往左侧10a、11a 和右侧10b、11b而变大。

在此，圆周方向中央部10c、11c是将侧壁部12和侧壁部13相连 的裙部10、11的圆周方向上的顶点。在圆周方向上，关于裙部10、 11与缸膛6的内壁6a的间隙，圆周方向中央部10c、11c与缸膛6的内 壁6a的间隙最小。

在图2、图4中，在裙部10、11的表面例如通过丝网法来形成具 有一定厚度的具有低摩擦阻力性和高耐热性的树脂覆膜层39(也参 照图3)。树脂覆膜层39形成在与缸膛6的内壁6a相对的中央裙部37、 上部裙部36和下部裙部38的表面。

在图3中，在树脂覆膜层39中形成有多个凹部41，凹部41具有 与树脂覆膜层39的厚度相同的5μm以上20μm以下的深度。在图7中， 凹部41包括外缘为圆弧的大圆部41A和小圆部41B、41C。

大圆部41A由半径为R的圆构成，小圆部41B、41C由具有比半 径R小的半径，比大圆部41A面积小的圆构成。小圆部41B、41C与 大圆部41A重叠，小圆部41B、41C设置在活塞冠9的中心轴C方向从 而在活塞冠9的中心轴C方向上夹着大圆部41A。

由此，小圆部41B、41C的一部分从大圆部41A向活塞冠9的中 心轴C方向外方突出，并且从大圆部41A的外周部向相反方向突出， 与大圆部41A连通。在此，本实施方式的大圆部41A构成本发明的 大面积部，小圆部41B、41C构成本发明的小面积部。

小圆部41B、41C的中心部C3、C4(小面积部的内接圆的中心) 设定为距离大圆部41A的中心部C2(大面积部的内接圆的中心)为 大圆部41A的半径R的0.5倍以上0.875倍以下的范围，小圆部41B、 41C的中心部C3、C4与大圆部41A的中心部C2的距离L形成得比大 圆部41A的半径R短。

另一方面，如图8所示，在形成为桶形状的裙部10、11中，缸 膛6的内壁6a与裙部10、11的上下左右端的四角之间的间隙最大， 缸膛6的内壁6a与裙部10、11的上下左右中央部的间隙最小。

位于裙部10、11的上下左右端的四角与上下左右中央部之间的 缸膛6的内壁6a与裙部10、11的间隙小于缸膛6的内壁6a与裙部10、 11的上下左右端的四角之间的间隙，大于缸膛6的内壁6a与裙部10、 11的上下左右中央部的间隙。

此外，将裙部10、11的上下左右端的四角称为大间隙区域51， 将裙部10、11的上下左右中央部称为小间隙区域52，将裙部10、11 的上下左右端的四角与上下左右中央部之间称为中间隙区域53。

如图3所示，凹部41在裙部10的圆周方向中央部10c沿着活塞冠 9的中心轴C设置。

在将大圆部41A和小圆部41B、41C的排列方向设为长尺寸方向 的情况下，凹部41被设置为长尺寸方向为与活塞冠9的中心轴C相同 的方向。即，本实施方式的凹部41形成于裙部10，使得凹部41的长 尺寸方向为在活塞冠9的中心轴C方向上长的纵长排列。

此外，裙部11也与裙部10同样地形成有凹部41，因此以后说明 裙部10的凹部41。

裙部10的每单位面积的凹部41的设置数即设置密度为：上部裙 部36和下部裙部38分别比中央裙部37高，并且，在中央裙部37中为 活塞冠9的中心轴C附近最高。由此，凹部41集中设置在小间隙区域 52。

凹部41随着远离裙部10的圆周方向中央部10c即随着往侧壁部 12、13而设置密度缓缓变低。本实施方式的裙部10形成为圆周方向 上的曲率随着从圆周方向中央部10c、11c往与侧壁部12、13的连接 部而变大。

由此，凹部41的设置密度随着从小间隙区域52往大间隙区域51 而缓缓变低。另外，设置在活塞销16的中心轴C1附近的凹部41是隔 着活塞销16的中心轴C1和上部边界37a、下部边界37b而设置的。

树脂覆膜层39例如使用网版印刷机将以PAI(聚酰胺-酰亚胺) 和二硫化钼为主成分的涂料涂敷到裙部10、11而成，对裙部10、11 实施与大圆部41A和小圆部41B、41C相同形状的掩模处理，从而对 裙部10、11的表面附加凹部41。由此，保持油的多个凹部41形成为外缘是树脂覆膜层，底部是未形成树脂覆膜层的非膜部位。

接下来，说明活塞7与缸膛6的内壁6a之间发生摩擦力的原理。

与活塞销座部14、15的延伸方向相同的区域的裙部10、11的圆 周方向上的区域与缸膛6的内壁6a的接触压力变高是由于以下的原 因。

在活塞7在缸膛6内往复运动时，从连杆8和活塞销16向活塞7 施加一部分燃烧压力之后，在裙部10或者裙部11与缸膛6的内壁6a 接触时，活塞销座部14、15与活塞销16的接触部位成为将裙部10、 11推向缸膛6的内壁6a时的推压力的输入点。

由于活塞7的往复运动而在裙部10、11和缸膛6的内壁6a之间产 生的摩擦力是由于裙部10、11一边受到燃烧压力引起的推压力一边 在缸膛6的内壁6a上下运动而产生的。

图9是示出裙部10、11与缸膛6的内壁6a之间的面压分布的图。 本实施方式的裙部10、11形成为与活塞销16的中心轴C1正交的方向 上的裙部10、11的圆周方向中央部10c、11c变高的桶形状，并且形 成为圆周方向上的曲率随着从圆周方向中央部10c、11c往侧壁部 12、13而变大。

由此，中央裙部37与缸膛6的内壁6a的间隙最小，随着从中央 裙部37往活塞冠9的中心轴C方向外侧并且从裙部10的圆周方向中 央部10c往圆周方向外侧，与缸膛6的内壁6a的接触压力变小。

因此，裙部10、11与缸膛6的内壁6a的间隙小、裙部10、11与 缸膛6的内壁6a的接触面压高的部位的润滑条件比裙部10、11与缸 膛6的内壁6a的间隙大、裙部10、11与缸膛6的内壁6a的接触面压低 的部位的润滑条件苛刻。

本实施方式的活塞7能在这种苛刻的润滑条件下进行适合的润 滑，以下，具体说明对活塞7进行润滑的方法。

此外，裙部10、11均进行同样的动作，因此在以后的说明中仅 说明裙部10的动作。另外，在以后的说明中，活塞7的上游、下游 的表述的意思是，在活塞7的移动方向，前方为上游，后方为下游。

本实施方式的活塞7在裙部10与缸膛6的内壁6a的间隙小、裙部 10与缸膛6的内壁6a的接触面压高的部位，在树脂覆膜层39中形成 有凹部41。

该凹部41由大圆部41A和比大圆部41A面积小的圆构成，具有 在活塞冠9的中心轴C方向上夹着大圆部41A设置的小圆部41B、 41C。由此，在活塞7的上下运动时，能利用凹部41产生油的动压。 即，本实施方式的凹部41包括由大面积部构成的大圆部41A和从两 侧夹着大圆部41A而从大圆部41A突出地配置的由以比大圆部41A 小的面积形成的一对小面积部构成的小圆部41B、41C。

图10示出利用按纵长排列设置的凹部41产生的动压，油的动压 随着从上游侧往下游侧而变大。另外，该动压随着发动机1的转速 增大而变大。

即，当活塞7上升时，从上游侧(燃烧室18侧)对上部裙部36 与缸膛6的内壁6a之间导入油。该油从上游的小圆部41B向下游的大 圆部41A导入而使油量增大后，从大圆部41A导入下游的小圆部 41C，从而对油急剧挤压，产生高的动压。

特别是在摩擦边界(两个物体的接触面)产生的动压的大小会 由于圆的内径而不同，动压越大，油的膜厚越厚。

由此，在活塞7上升时，在使裙部10远离缸膛6的内壁6a的方向 施加压力，能使相对于缸膛6的内壁6a的间隙小，并且对缸膛6的内 壁6a的接触面压大的中央裙部37与缸膛6的内壁6a之间的油的膜厚 变厚。

另一方面，当活塞7下降时，从上游侧(曲轴5侧)向下部裙部 38与缸膛6的内壁6a之间导入油。该油在从上游的小圆部41C导入下 游的大圆部41A而使油量增大后，从大圆部41A导入下游的小圆部 41B，从而油被急剧挤压而产生高的动压。由此，在活塞7下降时， 能使中央裙部37与缸膛6的内壁6a之间的油的膜厚变厚。

在此，在图10中，在设大圆部41A和小圆部41B、41C的排列方 向为长尺寸方向的情况下，使长尺寸方向与活塞冠9的中心轴C正交 地将凹部41横长排列的情况下的动压特性比纵长排列的动压特性 小。这是由于随着从凹部41的上游往下游，大圆部41A和小圆部41B、41C的面积的变化比纵长排列的凹部41小。

这样，根据本实施方式的活塞7，在树脂覆膜层39中形成有保 持油的多个凹部41，凹部41包括大圆部41A和从两侧夹着大圆部 41A而从大圆部41A突出地配置的以比大圆部41A小的面积形成的 一对小圆部41B、41C。

由此，能使与缸膛6的内壁6a的间隙小并且以高压接触缸膛6 的内壁6a的中央裙部37与缸膛6的内壁6a之间的油的膜厚变厚，能 对中央裙部37与缸膛6的内壁6a之间进行良好的润滑。

另外，根据本实施方式的活塞7，将小圆部41B、41C的中心部 C3、C4设定在距离大圆部41A的中心部C2为大圆部41A的半径R的 0.5倍以上0.875倍以下的范围。

由此，能使裙部10、11与缸膛6的内壁6a之间的膜厚变厚。图 11是示出大圆部41A的半径R及大圆部41A的中心部C2到小圆部 41B、41C的距离L与油膜厚的厚度的关系的图。

从图11可明确得知，在使小圆部41B、41C的中心部C3、C4处 于距离大圆部41A的中心部C2为大圆部41A的半径R的0.5倍以上 0.875倍以下的范围的情况下，与该范围外相比能使裙部10、11与 缸膛6的内壁6a之间的膜厚变厚。

另外，将小圆部41B、41C的中心部C3、C4设定为距离大圆部 41A的中心部C2为大圆部41A的半径R的0.5倍以上0.875倍以下的 范围，由此能使小圆部41B、41C的中心部C3、C4靠近大圆部41A 的中心部C2。

由此，能不降低包括大圆部41A和小圆部41B、41C的凹部41 的动压性能而使各个凹部41的设置面积变小，能使每单位面积的凹 部41的设置数量增大。因此，在发动机1的转速为低速的区域也能 产生大的动压。

另外，根据本实施方式的活塞7，将凹部41在裙部10、11的圆 周方向中央部10c、11c沿着活塞冠9的中心轴设置。

裙部10、11的圆周方向中央部10c、11c是在活塞7上下运动时 总是以高的面压与缸膛6的内壁6a接触的部位，并且是与缸膛6的内 壁6a的间隙小的部位。

通过在该部位设置凹部41，能提高油的动压，使裙部10、11 的圆周方向中央部10c、11c与缸膛6的内壁6a之间的油的膜厚变厚， 能减小活塞7上下运动时的摩擦阻力。

特别是本实施方式的活塞7是使凹部41的长尺寸方向为与活塞 冠9的中心轴C相同方向地将凹部41纵长排列，从而与将凹部41横长 排列的情况相比能提高油的动压，能使裙部10、11的圆周方向中央 部10c、11c与缸膛6的内壁6a之间的油的膜厚变厚。

另外，根据本实施方式的活塞7，裙部10的每单位面积的凹部 41的设置数量即设置密度为：中央裙部37比上部裙部36和下部裙部 38都高，在中央裙部37中在活塞冠9的中心轴C附近最高。

由此，能将凹部41集中设置于小间隙区域52，能使相对于缸膛 6的内壁6a的间隙小并且对缸膛6的内壁6a的接触面压大的中央裙 部37与缸膛6的内壁6a之间的油的膜厚变厚。因此，在活塞7上下运 动时能更有效地减少摩擦阻力。另外，根据本实施方式的活塞7，夹着活塞销16的中心轴C1和上部边界37a、下部边界37b设置凹部 41。

由此，在裙部10、11中对缸膛6的内壁6a的接触面压高的活塞 销16的中心轴C1上的部位与缸膛6的内壁6a之间，能利用凹部41使 油的动压变高。

因此，能使活塞销16的中心轴C1上的部位与缸膛6的内壁6a之 间的油的膜厚变厚，能减少裙部10、11与缸膛6的内壁6a的摩擦阻 力。

另外，根据本实施方式的活塞7，随着远离裙部10的圆周方向 中央部10c而使凹部41的设置密度缓缓变低。

由此，能减少裙部10、11从油受到的粘性阻力。即，凹部41 具有产生大的动压而使油的膜厚变厚的功能。

另外，裙部10、11形成为圆周方向上的曲率随着从圆周方向中 央部10c、11c往与侧壁部12、13的连接部而变大，裙部10、11与缸 膛6的内壁6a的间隙随着从圆周方向中央部10c、11c往侧壁部12、 13而变大。

由此，间隙大的裙部10、11的左侧10a、11a和右侧10b、11b 与缸膛6的内壁6a之间的油量变多。因此，当在该间隙大的左侧10a、 11a和右侧10b、11b将凹部41纵长排列时，油量进一步增大，裙部 10、11从油受到的粘性阻力会变大。

因此，随着远离裙部10、11的圆周方向中央部10c而使凹部41 的设置密度缓缓变低，由此能防止间隙大的裙部10、11的左侧10a、 11a和右侧10b、11b与缸膛6的内壁6a之间的油量过多。其结果是能 减少裙部10、11从油受到的粘性阻力。

图12是使用均匀地形成有圆形凹槽的树脂覆膜层和具有凹部 41的本实施方式的树脂覆膜层39来测量裙部与缸膛内壁的摩擦力 得到的实验数据。

该实验数据是使用活塞单体摩擦力评价装置，使发动机的转速 改变而使活塞工作所得到的结果。其结果确认了使用本实施方式的 树脂覆膜层39的活塞7与使用现有的树脂覆膜层的活塞相比能使裙 部与缸膛内壁的摩擦力平均降低约20％。

此外，在本实施方式的活塞7中，如图13所示，也可以将凹部 42横长排列。即，在图14中，在将大圆部42A和小圆部42B、42C的 排列方向设为长尺寸方向的情况下，如图13所示，也可以使长尺寸 方向与活塞冠9的中心轴C正交地将凹部42横长排列。在这种情况 下，在与纵长排列相同的位置处使凹部42旋转90°地将凹部42形成 于树脂覆膜层39即可。

在凹部42横长排列的活塞7中，例如当活塞7上升时，从上游侧 (燃烧室18侧)对上部裙部36与缸膛6的内壁6a之间导入油。

该油在从大圆部42A向下游的大圆部42A、小圆部42B、42C导 入而油量增大后，从大圆部42A、小圆部42B、42C导入下游的大圆 部42A从而对油急剧挤压而产生高的动压。

这样也能使与缸膛6的内壁6a的间隙小并且以高压与缸膛6的 内壁6a接触的中央裙部37到缸膛6的内壁6a之间的油的膜厚变厚， 能对中央裙部37与缸膛6的内壁6a之间进行良好的润滑。

此外，在该凹部42中，小圆部42B、42C的中心部C3、C4也设 定为距离大圆部42A的中心部C2为大圆部42A的半径R的0.5倍以上 0.875倍以下的范围。

从图10可知，在将凹部42横长排列的情况下，与将凹部41纵长 排列的情况相比，从凹部42的上游流到下游的油的挤压量变少，因 此与将凹部41纵长排列的情况相比能使产生的油的动压变小。

利用该特性，能将纵长排列的凹部41与横长排列的凹部42组合 来使油的膜厚最佳化。

例如，在图15中，将设置于裙部10与缸膛6的内壁6a的间隙小 的裙部10的圆周方向中央部10c和圆周方向中央部10c附近的上部 裙部36、中央裙部37和下部裙部38的凹部41纵长排列。

另外，相对于裙部10与缸膛6的内壁6a的间隙大的裙部10的圆 周方向中央部10c靠左侧10a和右侧10b设置的凹部42为横长排列。

如上述那样，在摩擦边界产生的动压的大小根据圆的内径而不 同，动压越大，油的膜厚越厚。因此，在裙部10与缸膛6的内壁6a 的间隙小的区域(小间隙区域52)、裙部10与缸膛6的内壁6a的接触 面压高的部位将凹部41纵长排列，从而能确保良好的油的膜厚来减少裙部10与缸膛6的内壁6a的摩擦阻力。

另一方面，裙部10与缸膛6的内壁6a的间隙大的区域(大间隙 区域51)的摩擦边界的油的量多。由此，如果摩擦边界的油的膜厚 过厚就会使活塞7从油受到粘性阻力，因此希望与设置在裙部10与 缸膛6的内壁6a的间隙小的区域的情况相比产生低的动压。

因此，在裙部10与缸膛6的内壁6a的间隙大的区域(中间隙区 域53)将凹部42横长排列，由此能使凹部41、42的形状为相同形状 并且产生适度的动压，防止油的膜厚变得过厚。

而且，能使摩擦边界的多余的油流入包括大圆部42A、小圆部 42B、43C的大容量的凹部42。其结果是能减少裙部10从油受到的 粘性阻力。

这样，根据裙部10与缸膛6的内壁6a的间隙的大小，将形成于 裙部10的凹部41纵长排列、将凹部42横长排列，从而能控制裙部10 与缸膛6的内壁6a的摩擦阻力和粘性阻力。

在此，在发动机1的冷机时，与上部裙部36和下部裙部38发生 热膨胀的发动机1的暖机时相比，裙部10与缸膛6的内壁6a的间隙增 加。

根据本实施方式的活塞7，通过将凹部42横长排列，能兼具动 压产生性能和将多余的油存积于凹部42的内部而适度排出的排出 性能。

由此，在为了谋求发动机1的冷机时减少粘性阻力而设置凹部 42的情况下，只要将凹部42在裙部10的最佳位置横长排列，就能实 现减少发动机1冷机时间隙大的条件下的油的粘性阻力。

(第2实施方式)

图16～图19是示出本发明的第2实施方式的内燃机的活塞的 图。此外，对与第1实施方式相同的构成标注相同的附图标记，省 略说明。此外，裙部10和形成于裙部11的树脂覆膜层39具有相同的 构成，因此说明形成于裙部10的树脂覆膜层39。

在图16中，在树脂覆膜层39中形成有在裙部10的圆周方向上相 邻的纵槽45、46A、46B、47A、47B，纵槽45、46A、46B、47A、 47B形成为与树脂覆膜层39的厚度相同的深度的5μm以上20μm以下 的范围的深度。

纵槽45、46A、46B、47A、47B在与活塞冠9的中心轴C相同的 方向延伸，纵槽45、46A、46B、47A、47B设置在与活塞冠9的中心 轴C正交的方向(车宽度方向)上由假想线所示的活塞销座部14、 15的延伸方向的范围内。

关于纵槽45、46A、46B、47A、47B的长度，裙部10的圆周方 向中央部10c、11c侧的纵槽47A、47B形成得最短，侧壁部12、13 侧的纵槽45形成得最长。另外，位于纵槽45与纵槽47A、47B之间 的纵槽46A、46B形成得比纵槽45短，并且比纵槽47A、47B长。

纵槽46A、46B、47A、47B形成于与上部裙部36和下部裙部38 对应的树脂覆膜层39中，相对于纵槽46A、46B、47A、47B在位于 裙部10(虽未图示，为裙部11)的圆周方向中央部10c(11c)侧的 中央裙部37所对应的树脂覆膜层39中未形成纵槽。

具体地说，在上部裙部36处，纵槽46A、46B从树脂覆膜层39 的上部39a延伸到上部裙部36与中央裙部37的边界即上部边界37a 的正上方。

在下部裙部38处，纵槽46B、47B从树脂覆膜层39的下部39b 延伸到下部裙部38与中央裙部37的边界即下部边界37b的正下方。 另外，在活塞冠9的中心轴C方向上，纵槽47A、47B比纵槽46A、46B 远离上部边界37a和下部边界37b。

纵槽45在上部裙部36、中央裙部37和下部裙部38中贯穿延伸。

如图17所示，本实施方式的纵槽45、46A、46B、47A、47B形 成于裙部10的大间隙区域51所对应的树脂覆膜层39。在图17中示出 了在裙部10中裙部10到缸膛6的内壁6a的间隙与纵槽45、46A、46B、 47A、47B及凹部41的位置关系。

纵槽47A、47B在裙部10的大间隙区域51中也形成于裙部10的 圆周方向上的裙部10与缸膛6的内壁6a的间隙最小的部位。

纵槽45在裙部10的大间隙区域51中也形成于裙部10的圆周方 向上的裙部10与缸膛6的内壁6a的间隙最大的部位。

接下来，说明纵槽45、46A、46B、47A、47B的作用。此外， 裙部10、11均进行同样的动作，因此在以后的说明中仅说明裙部10 的动作。

如上述那样，活塞销座部14、15与活塞销16的接触部位是将裙 部10向缸膛6的内壁6a推压时的推压力的输入点，由此使裙部10与 缸膛6的内壁6a之间的面压在与活塞销座部14、15的延伸方向相同 的区域的裙部10、11的圆周方向的区域变高。

在本实施方式的活塞7中，在裙部10、11的大间隙区域51设置 有纵槽45、46A、46B、47A、47B，由此在活塞7进行往复运动时， 能使裙部10的大间隙区域51与缸膛6的内壁6a之间顺利地多获取 油。

如图18所示当活塞7上升时，从上游侧将油导入上部裙部36与 缸膛6的内壁6a之间。导入到上部裙部36与缸膛6的内壁6a之间的油 的一部分如用油O1所示，在与活塞销座部14、15的延伸方向相同的 区域的大间隙区域51中被导入纵槽46A、47A。

被导入纵槽46A、47A的油O1在活塞销座部14、15的延伸方向 的范围内导入直至上部边界37a后，被导向在活塞冠9的中心轴C方 向上的中央部具有最大外径的中央裙部37与缸膛6的内壁6a之间的 中间隙区域53。

在裙部10中随着从左端10L向圆周方向中央部10c而使缸膛6 的内壁6a与裙部10、11的间隙变小，因此导入中间隙区域53的油O1 如油O2所示向裙部10的圆周方向中央部10c移动，在该移动的过程 中被导入凹部41。

由此，能与第1实施方式同样地利用凹部41产生高的动压，能 对润滑条件苛刻的裙部10的小间隙区域52及中间隙区域53与缸膛6 的内壁6a进行润滑。

另外，由于在大间隙区域51与缸膛6的内壁6a之间存在油的润 泽，因此也会成为受到该油的阻力的部位。

本实施方式的活塞7将导入到大间隙区域51与缸膛6的内壁6a 之间的油O1从上游侧的纵槽45、46A、47A导向下游侧的纵槽45、 46B、46B。由此，能将多余的油从纵槽45、46B、47B顺利地排出 到下游侧，能减少油造成的活塞7的曳行阻力。

另一方面，如图19所示，当活塞7下降时，从上游侧向下部裙 部38与缸膛6的内壁6a之间导入油。

如油O3所示，导入到下部裙部38与缸膛6的内壁6a之间的油的 一部分在与活塞销座部14、15的延伸方向相同的区域的大间隙区域 51中被导入纵槽46B、47B。

导入纵槽46B、47B的油O3在活塞销座部14、15的延伸方向的 范围内被导入直至下部边界37b后，被导向中央裙部37与缸膛6的内 壁6a之间的中间隙区域53。

导入中间隙区域53的油O3如油O4所示向裙部10的圆周方向中 央部10c移动，在该移动的过程中被导入凹部41。

由此，能与第1实施方式同样地利用凹部41产生高的动压，能 对润滑条件苛刻的裙部10的小间隙区域52及中间隙区域53与缸膛6 的内壁6a进行润滑。

另外，导入到大间隙区域51与缸膛6的内壁6a之间的油从上游 侧的纵槽45、46B、47B导向下游侧的纵槽45、46A、47A。由此， 能将多余的油从纵槽45、46A、47A顺利地排出到下游侧，能减少 油造成的活塞7的曳行阻力。

特别是，本实施方式的活塞7在大间隙区域51中也在裙部10与 缸膛6的内壁6a的间隙最大的部位具有从上部裙部36连续延伸到下 部裙部38的纵槽45。

由此，在活塞7的往复运动时，在大间隙区域51中也能利用纵 槽45将导入到间隙大的裙部10与缸膛6的内壁6a之间的油排出到下 游侧，因此能将更大量的油排出到下游侧。

另一方面，导入到活塞7与缸膛6的内壁6a之间的油的量与活塞 7的速度成比例。因此，在发动机1的低转速区，其油量变少，有可 能使小间隙区域52和中间隙区域53与缸膛6的内壁6a润滑不良。

另外，在发动机1的高转速区，导入到大间隙区域51与缸膛6 的内壁6a之间的油量变多，使油造成的活塞7的曳行阻力增大。

在本实施方式的活塞7中，在发动机1的低转速区中，从纵槽 46A、46B、47A、47B对小间隙区域52及中间隙区域53与缸膛6的内 壁6a之间导入足够的油，能提高小间隙区域52及中间隙区域53与缸 膛6的内壁6a的润滑性。

另外，在发动机1的高转速区，能将导入到大间隙区域51与缸 膛6的内壁6a之间的油量从纵槽45、46A、46B、47A、47B排出到下 游侧，能减少油造成的活塞7的曳行阻力。这样，能与发动机1的转 速增减无关地谋求兼顾裙部10的润滑和活塞7的曳行阻力减少。

此外，在本实施方式中，将凹部41纵长排列，但是不限于此， 也可以将凹部42横长排列，也可以将纵长排列的凹部41和横长排列 的凹部42混合。

另外，在上述各实施方式中，优选凹部41、42和纵槽45、46A、 46B、47A、47B的深度形成为5μm以上20μm以下的范围。

究其原因，当纵槽45、46A、46B、47A、47B的深度为5μm以 下时，难以使油沿着纵槽45、46A、46B、47A、47B流动，因此不 优选。另外，当使纵槽45、46A、46B、47A、47B的深度为20μm以 上时，树脂覆膜层39的厚度增大会导致过量的油停留，因此不优选。

另外，在上述各实施方式中，凹部41、42包括圆的组合，但是 不限于此。

例如，如图20所示，凹部61也可以包括方形的大面积部61A和 从两侧夹着大面积部61A而从大面积部61A突出地配置的以比大面 积部61A小的面积形成的半圆状的小面积部61B、61C。

另外，如图21所示，凹部62也可以包括方形的大面积部62A和 从两侧夹着大面积部62A而从大面积部62A突出地配置的以比大面 积部62A小的面积形成的三角形的小面积部62B、62C。

另外，如图22所示，凹部63也可以包括方形的大面积部63A和 从两侧夹着大面积部63A而从大面积部63A突出地配置的以比大面 积部63A小的面积形成的三角形的小面积部63B、63C，凹部63整体 上为棱形。

而且，如图23所示，凹部64也可以包括圆形的大面积部64A和 从两侧夹着大面积部64A而从大面积部64A突出地配置的以比大面 积部64A小的面积形成的圆形的小面积部64B、64C。

即，凹部的形状只要是凹部包括大面积部和从两侧夹着大面积 部而从大面积部突出地配置的以比大面积部小的面积形成的一对 小面积部的形状都可以。

虽然公开了本发明的实施方式，但是显然本领域技术人员能在 不脱离本发明的范围的情况下加以变更。希望将全部的这种修正和 等效方案都包含于权利要求中。

Claims (8)

1.一种内燃机的活塞，具备：活塞主体，其设置为相对于缸膛内壁自由往复运动；一对裙部，其从上述活塞主体垂下；一对活塞销座部，其保持活塞销；一对侧壁部，其与上述一对裙部相互连接；以及树脂覆膜层，其设于与上述缸膛内壁相对的面，

上述裙部具有：中央裙部，其在上述活塞主体的中心轴方向上的中央部具有最大外径；上部裙部，其在上述中央裙部的上部边界上方发生弯曲，其外径从上述上部边界起向上述中心轴逐渐变小；以及下部裙部，其在上述中央裙部的下部边界下方发生弯曲，其外径从上述下部边界起向上述中心轴逐渐变小，

上述裙部形成为从上述裙部的圆周方向的中央部越朝向与上述侧壁部的连接部在圆周方向上的曲率变得越大，

上述内燃机的活塞的特征在于，

上述树脂覆膜层中形成有保持油的多个凹部，该凹部的外缘是上述树脂覆膜层，该凹部的底部是未形成树脂覆膜层的非膜部位，

上述凹部包括大圆部和一对小圆部，该一对小圆部从两侧夹着上述大圆部且突出于上述大圆部，该小圆部的面积比上述大圆部的面积小。

2.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，

上述小圆部的内接圆的中心设定在离上述大圆部的内接圆的中心为上述大圆部的内接圆的半径的0.5倍以上0.875倍以下的范围。

3.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，

上述凹部在上述裙部的圆周方向中央部设置成沿着上述活塞主体的中心轴。

4.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，

上述裙部的每单位面积的上述凹部的设置数即设置密度为：在上述中央裙部比在上述上部裙部和上述下部裙部高，并且在上述中央裙部中的上述活塞主体的中心轴附近该设置密度为最高。

5.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，

上述活塞销具有与上述活塞主体的中心轴正交的中心轴，

上述凹部设置在上述活塞销的中心轴两旁。

6.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，

将上述大圆部和小圆部的排列方向作为上述凹部的长度方向时，设置于上述裙部的圆周方向中央部和上述中央裙部的凹部被设置为其长度方向与上述活塞主体的中心轴方向相同。

7.根据权利要求1所述的内燃机的活塞，其特征在于，

将上述大圆部和小圆部的排列方向作为上述凹部的长度方向时，相对于上述裙部的圆周方向中央部，设置在靠近裙部的圆周方向的一侧和靠近另一侧的凹部被设置为其长度方向与上述活塞销的中心轴的方向相同。

8.根据权利要求4所述的内燃机的活塞，其特征在于，

上述凹部形成为离上述裙部的圆周方向中央部越远上述设置密度越低。